Кіріспе
Homo sapiens түріндегі ақуызды кодтайтын ген Инозитол оксигеназы, сонымен қатар миоинозитол оксигеназы (MIOX) деп те аталады, бұл миоинозитолды глюкуроникалық қышқылға оксидтейді. Фермент өзінің Fe (II) / Fe (III) координациялық орындарында төрт электронды бірегей көшірмені қолданады және реакция миоинозитолдың тікелей байланысуы арқылы жалғасады, содан кейін темір орталығына диатомдық оттегінің шабуыл жасауы. Бұл фермент иннозитолдың адамда катаболизміне арналған жалғыз белгілі жолдың бөлігі болып табылады және негізінен бүйректерде экспрессияланады. MIOX- ке қатысты соңғы медициналық зерттеулер оның метаболистік және бүйрек ауруларындағы рөлін түсінуге бағытталған, мысалы, қант диабеті, семіздік және бүйректің жедел зақымдануы. Индустриялық бағыттағы инженерлік жұмыстар гетерологты қожалықтарда глюкарин қышқылын өндіру үшін MIOX белсенділігін жақсартуға бағытталған.
Inositol oxygenase, also commonly referred to as myo inositol oxygenase (MIOX), is a non heme di iron enzyme that oxidizes myo inositol to glucuronic acid. The enzyme employs a unique four electron transfer at its Fe(II)/Fe(III) coordination sites and the reaction proceeds through the direct binding of myo inositol followed by attack of the iron center by diatomic oxygen. This enzyme is part of the only known pathway for the catabolism of inositol in humans and is expressed primarily in the kidneys. Recent medical research regarding MIOX has focused on understanding its role in metabolic and kidney diseases such as diabetes, obesity and acute kidney injury. Industrially focused engineering efforts are centered on improving MIOX activity in order to produce glucaric acid in heterologous hosts.
Құрылымы
Миоинозитол оксигеназасы ерітіндіде де, кристалда да 33 кДа мономерлі ақуыз болып табылады. Бұл ферменттің каталитикалық белсенді орнында оның бірегей төрт электронды беру механизмін іске асыратын Fe (II) / Fe (III) атомдық жұбы бар. Соңғы кристалдану зерттеулері 2008 жылы тышқанның MIOX құрылымын анықтады. Тышқанның MIOX жалпы құрылымы негізінен спиральді болып табылады, бесеу альфа спиральдер ақуыздың өзегін құрайды. Екі темір орталығын әр түрлі амин қышқылдары мен су молекулалары үйлестіреді, бұл миоинозитол субстратымен кешенде көрсетілген. Адамның MIOX құрылымы тышқанның MIOX құрылымына жақын орналасады, құрылымдық сәйкестікте 86% реттілік сәйкестігі бар, бірақ белсенді орынды қоршап тұрған қалдықтар арасында кейбір айырмашылықтар бар. Оның орнына, MIOX HD доменінің суперотбасыдағы белоктармен өте ұқсас, оның жоғары сақталған металл байланысу стратегиясы және темір орталығында төрт His лигандының болуы. Кристалдану, спектроскопия және тығыздық функционалдық теориясының эксперименттері сериясы миоинозитолдың тотығуына арналған болжамды механизмді (оң жақта көрсетілген) көрсетті. ENDOR спектроскопиясы субстраттың тікелей Fe (II) /Fe (III) дижелезі орталығына, мүмкін, миоинозитолдың O1 атомы арқылы байлағанын анықтауға пайдаланылды. Бүйректе MIOX миоинозитолды глюкуроникалық қышқылға айналдырады, ол глюкуронат ксилулоза жолы арқылы ксилулоза-5 фосфатына айналады. Сонымен қатар, жақында жүргізілген зерттеулер көрсеткендей, MIOX диабет жағдайында жоғары реттеледі, оның транскрипциясы осмолярлық, глюкоза деңгейі және окисдеу стрессі арқылы қатты реттеледі. Бұл жоғарылау реактивті окистендіру түрлерінің пайда болуымен байланысты, олар бүйректің интерстициалдық зақымдануына әкеледі. MIOX экспрессияларының иммунотазылуы өмірге қауіп төндіретін жарақаттарды плазмадағы креатининнің диагностикалық анықталуынан бұрын болжауға мүмкіндік береді.
Өнеркәсіптік маңызы
MIOX ферменті глюкарий қышқылын биосинтез жолдары арқылы өндіру үшін метаболикалық инженерияның күшті жұмыстарының объектісі болды. 2004 жылы АҚШ Энергетика министрлігі биомассадан алынатын ең жоғары қосылған құн химиялық заттардың тізімін шығарды, оған глюкарин қышқылы - глюкурон қышқылының тотығуының тікелей өнімі кіреді. Глюкарин қышқылын биосинтездендіруге алғаш рет 2009 жылы уронат дегидрогеназа (UDH) ферментін қолдану арқылы қол жеткізілді. Содан бері MIOX ферменті көптеген стратегиялар арқылы глюкарин қышқылының өндірісін жақсарту үшін, соның ішінде N терминалды SUMO тегін қосу, бағытталған эволюция және сонымен қатар оның тиімді жергілікті концентрациясын арттыру үшін модульді, синтетикалық эшафолдтарды пайдалану арқылы жасалған.